[發(fā)明專(zhuān)利]音頻轉(zhuǎn)采樣方法及其系統(tǒng)

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 200910057577.5
• 申請(qǐng)日: 2009-07-09
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN101944890A
• 公開(kāi)（公告）日: 2011-01-12
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 黃鶴云;林福輝
• 申請(qǐng)（專(zhuān)利權(quán)）人: 展訊通信(上海)有限公司
• 主分類(lèi)號(hào): H03H17/00
• 分類(lèi)號(hào): H03H17/00;H03H17/06
• 代理公司: 上海明成云知識(shí)產(chǎn)權(quán)代理有限公司 31232
• 代理人: 成春榮;竺云

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及信號(hào)處理技術(shù)，特別涉及信號(hào)采樣率轉(zhuǎn)換技術(shù)。

背景技術(shù)

采樣率的轉(zhuǎn)換是一門(mén)被廣泛應(yīng)用在一維信號(hào)處理系統(tǒng)中的技術(shù)，它的功能是將輸入信號(hào)的采樣率轉(zhuǎn)到另一個(gè)采樣率。最常見(jiàn)的應(yīng)用場(chǎng)景是音頻解碼和播放系統(tǒng)里。眾所周知，輸入的解碼音頻信號(hào)的采樣率是不固定的且多種的，主要原因在于對(duì)應(yīng)編碼器的設(shè)置以及輸入信號(hào)采樣率的設(shè)置的不同。而在解碼和播放系統(tǒng)里，所帶的模數(shù)轉(zhuǎn)換器通常僅僅支持有限類(lèi)的采樣率。因此，在系統(tǒng)里，采取一套采樣率轉(zhuǎn)換器，將輸入的解碼音頻信號(hào)的采樣率轉(zhuǎn)化到模數(shù)轉(zhuǎn)化器所支持的采樣率上，是必要的。

采樣率轉(zhuǎn)換的方法來(lái)源于插值算法。插值算法是根據(jù)輸入和輸出采樣率的比例，在原有兩個(gè)采樣點(diǎn)之間增加一個(gè)或者數(shù)個(gè)采樣點(diǎn)(采樣率增加)，或者在幾個(gè)采樣點(diǎn)內(nèi)插值出一個(gè)采樣點(diǎn)(采樣率減少)。插值的方法基本是用多項(xiàng)式插值。線(xiàn)性插值是最簡(jiǎn)單最常用的方法，它的運(yùn)算復(fù)雜度極低，缺點(diǎn)則是準(zhǔn)確度很低。更復(fù)雜的插值方法則以增加運(yùn)算復(fù)雜度的代價(jià)增加插值準(zhǔn)確度。但是，不管運(yùn)用多么高階的插值方法，都有一個(gè)頻譜混疊的問(wèn)題。頻譜混疊所帶來(lái)的后果則是產(chǎn)生一些刺耳的噪音，這是聽(tīng)眾所不可以忍受的。基于數(shù)字信號(hào)處理的采樣率轉(zhuǎn)換系統(tǒng)有效地抑制了這個(gè)問(wèn)題，此類(lèi)方法的思路則是在采樣率轉(zhuǎn)換之前，將可能產(chǎn)生混疊的頻段用數(shù)字低通濾波器抑制，被稱(chēng)為上下采樣率轉(zhuǎn)換方法，它根據(jù)采樣率轉(zhuǎn)換的頻率比的最小有理數(shù)比例來(lái)進(jìn)行插值和濾波。目前的數(shù)字濾波器通常分為兩種，一種是有限沖擊響應(yīng)濾波器(FIR)，一種則是無(wú)限沖擊響應(yīng)濾波器(IIR)。在數(shù)字濾波器的轉(zhuǎn)采樣方法里，兩種算法都可以使用，且各有各的優(yōu)勢(shì)。有限沖擊響應(yīng)濾波器的優(yōu)點(diǎn)在于它的設(shè)計(jì)方法簡(jiǎn)單，并且它有著線(xiàn)性相位。而無(wú)限沖擊響應(yīng)濾波器的優(yōu)點(diǎn)在于它的運(yùn)算復(fù)雜度較低，但是其設(shè)計(jì)方法比較復(fù)雜，并且相位不是線(xiàn)性的。非線(xiàn)性相位所帶來(lái)的壞處則是不同的頻率成分經(jīng)過(guò)濾波器以后延遲不一樣，導(dǎo)致在時(shí)間軸上會(huì)有一定的失真。

現(xiàn)有的音頻轉(zhuǎn)采樣方法如圖1所示，即上采樣-濾波-下采樣。上文所述的最簡(jiǎn)便的插值方法等效于圖1的流程圖中只執(zhí)行了第一步上采樣處理和第三步下采樣處理。在實(shí)際應(yīng)用中，圖1中的低通濾波起著十分關(guān)鍵的作用，它有效的抑制了上采樣后的混疊失真。換句話(huà)說(shuō)，采用低通濾波效果越好的濾波器，所產(chǎn)生的混疊失真將越小。因此，在理論上，采取足夠高階的數(shù)字濾波器，無(wú)論是有限沖擊響應(yīng)濾波器還是無(wú)限沖擊響應(yīng)濾波器，都可以取得極小的混疊失真。關(guān)于現(xiàn)有的采樣率轉(zhuǎn)換技術(shù)也可參見(jiàn)專(zhuān)利號(hào)為“5892695”的美國(guó)專(zhuān)利。

然而，本發(fā)明的發(fā)明人發(fā)現(xiàn)，事實(shí)上，在很多實(shí)時(shí)系統(tǒng)里，包括很多手持設(shè)備里，運(yùn)算復(fù)雜度往往是受到限制的，即過(guò)高的運(yùn)算開(kāi)銷(xiāo)是不被允許的。如果能用較低的開(kāi)銷(xiāo)完成濾波過(guò)程并取得較好的濾波效果，對(duì)大部分受電池所限的手持設(shè)備的音頻系統(tǒng)是十分有意義的。因此在現(xiàn)有的技術(shù)中，往往采取無(wú)限沖擊響應(yīng)濾波器實(shí)現(xiàn)圖1中的低通濾波處理。但是，由于無(wú)限沖擊響應(yīng)濾波器有著非線(xiàn)性的相位，往往給不同頻率的信號(hào)帶來(lái)了不同的延遲，從而產(chǎn)生了所謂的延遲失真。如果采取有限沖擊響應(yīng)濾波器實(shí)現(xiàn)圖1中的低通濾波處理，則雖然能夠避免失真的問(wèn)題，但有限沖擊響應(yīng)濾波器所要求的計(jì)算高負(fù)責(zé)度往往是能力受限的手持設(shè)備無(wú)法實(shí)現(xiàn)的。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的在于提供一種音頻轉(zhuǎn)采樣方法及其系統(tǒng)，使得音頻系統(tǒng)在復(fù)雜度與相位失真之間取得一個(gè)較好的平衡，在具備較低復(fù)雜度的同時(shí)，將相位失真減少到可以被人耳所掩蔽的程度。

為解決上述技術(shù)問(wèn)題，本發(fā)明的實(shí)施方式提供了一種音頻轉(zhuǎn)采樣方法，包含以下步驟：

在對(duì)經(jīng)上采樣處理后的音頻信號(hào)進(jìn)行下采樣處理之前，將經(jīng)上采樣處理后的音頻信號(hào)進(jìn)行低通濾波處理和相位補(bǔ)償處理；

對(duì)經(jīng)低通濾波處理和相位補(bǔ)償處理后的信號(hào)進(jìn)行下采樣處理；

其中，低通濾波處理通過(guò)無(wú)限沖擊響應(yīng)濾波器實(shí)現(xiàn)。

本發(fā)明的實(shí)施方式還提供了一種音頻轉(zhuǎn)采樣系統(tǒng)，包含：

上采樣模塊，用于對(duì)音頻信號(hào)進(jìn)行上采樣處理；

低通濾波和相位補(bǔ)償模塊，用于對(duì)經(jīng)上采樣處理后的音頻信號(hào)進(jìn)行低通濾波處理和相位補(bǔ)償處理；

下采樣模塊，用于對(duì)經(jīng)低通濾波處理和相位補(bǔ)償處理后的信號(hào)進(jìn)行下采樣處理；

其中，低通濾波處理通過(guò)無(wú)限沖擊響應(yīng)濾波器實(shí)現(xiàn)。

本發(fā)明實(shí)施方式與現(xiàn)有技術(shù)相比，主要區(qū)別及其效果在于：